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1.金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀是指金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而腐蚀损耗的现象。
(2)金属腐蚀的实质:金属原子失去电子被氧化的过程,用反应方程式表示为M-ne- Mn+(M
代表金属原子)。
(3)金属腐蚀的分类和比较(详见定点1)
2.金属的电化学腐蚀
(1)吸氧腐蚀:钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性时,溶解在水膜中的氧气参加电极反应,发生
吸氧腐蚀。
第三单元 金属的腐蚀与防护
必备知识 清单破
知识点 1 金属的电化学腐蚀
负极:2Fe-4e- 2Fe2+;
正极:2H2O+O2+4e- 4OH-;
总反应:2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2。
Fe(OH)2进一步发生反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈
的主要成分Fe2O3·nH2O。
(2)析氢腐蚀:金属表面的电解质溶液酸性较强时,易发生析氢腐蚀,腐蚀过程中不断有氢气放出。
负极:Fe-2e- Fe2+;
正极:2H++2e- H2↑;
总反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑。
2.方法
(1)改变金属内部结构:如制成合金等。
(2)加防护层:如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。
(3)电化学防护
知识点 2 金属的电化学防护
1.本质:阻止金属发生氧化反应。
牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法
依据 原电池原理 电解原理
原理 形成原电池时,被保护金属作正极(阴极),不反应受到保护;活泼金属作负极(阳极),发生反应受到腐蚀,阳极要定期更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极,使被保护金属作阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 保护一些钢铁设备,如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片 保护土壤、海水及河水中的金属设备
实例 示意图
知识辨析
1.为使某些铁制品保持亮洁美观,经常在其表面镀上一层锡,当镀锡铁制品的镀层破损时,镀
层能对铁制品起保护作用。这种说法对吗
2.外加电流的阴极保护法即将需保护的金属与电源的负极相连。这种说法对吗
3.只有在金属活动顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。这种说法对吗
一语破的
1.不对。镀锡铁的镀层破损,形成原电池时铁是负极更易被腐蚀。
2.对。将需保护的金属与电源的负极相连,金属不易失去电子,不易被氧化。
3.对。在金属活动顺序中位于氢前面的金属可与非氧化性酸反应,发生析氢腐蚀,氢后面的金
属不能与酸反应生成H2,所以不能发生析氢腐蚀,只能发生吸氧腐蚀。
关键能力 定点破
定点 1 金属腐蚀的分类和比较
典例 用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀类型的装置及得到的图
像如下。
分析图像,以下结论错误的是 ( )
A.两溶液中均有化学能转化为电能
B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀
D.两溶液中负极电极反应均为Fe-3e- Fe3+
D
思路点拨：根据锥形瓶中气体压强与时间关系图可知,pH=2时,生铁主要发生析氢腐蚀,pH=
4时,生铁主要发生吸氧腐蚀。
解析：两溶液中都发生电化学腐蚀,有化学能转化为电能,A项正确;醋酸溶液的pH=4时,锥形
瓶中压强随着反应的进行而逐渐减小,说明生铁发生了吸氧腐蚀,所以在酸性溶液中生铁也
可能发生吸氧腐蚀,B项正确;根据醋酸溶液的pH=2时,锥形瓶中压强与时间的关系知,随着反
应的进行压强逐渐增大,说明生铁发生了析氢腐蚀,则溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,C项
正确;两溶液中铁均为负极,电极反应均为Fe-2e- Fe2+,D项错误。
1.影响金属腐蚀快慢的因素
(1)与构成原电池的材料有关,两极材料的活泼性差别越大,氧化还原反应的速率越快,活泼金
属被腐蚀的速率就越快。
(2)与金属所接触的介质有关。
2.金属腐蚀快慢比较
(1)按腐蚀类型:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)按电解质类型:金属在浓度相等的不同溶液中的腐蚀速率,强电解质溶液>弱电解质溶液>
非电解质溶液。
(3)对同一种电解质溶液来说:一般电解质浓度越大,金属腐蚀得越快。
定点 2 金属的腐蚀速率
(4)根据金属活动性:形成原电池时,一般活动性差别越大,活泼金属腐蚀得越快。
典例 下列叙述错误的是 ( )
A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱
B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈
C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐溶液为电镀液
D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀
C
思路点拨：较活泼的金属中含不太活泼的金属或碳,一般较活泼的金属作原电池的负极,易
被腐蚀。
解析：生铁中含有碳,易形成原电池,铁被腐蚀速率加快,故抗腐蚀能力比纯铁弱,A正确;用锡
焊接的铁质器件,形成原电池时,铁作负极,被腐蚀,故焊接处易生锈,B正确;在铁制品上镀铜
时,镀件为阴极,铜盐溶液为电镀液,C错误;铁管上镶嵌锌块,形成原电池时,锌作负极被腐蚀,
铁作正极被保护,故铁管不易被腐蚀,D正确。
情境探究
最长跨海大桥“港珠澳大桥”全长50多公里,海中桥墩由钢管复合桩组成。在钢管复合
桩表面涂上环氧树脂涂料可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率。将钢管复合桩与外加直流电源
的负极相连,可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率。在钢管复合桩水下区域装上若干镁铝合金,
可以减缓钢管复合桩的腐蚀速率。
素养 科学探究与创新意识、科学态度与社会责任——金属的腐蚀与防护
学科素养 情境破
问题1 金属为什么容易被腐蚀
提示 金属原子最外层电子数一般较少,易失去电子被氧化,所以金属易被腐蚀。
问题2 以上材料中提到了哪几种防护方法
提示 ①在金属表面覆盖防护层;②外加电流的阴极保护法;③牺牲阳极的阴极保护法。
问题3 化学腐蚀与电化学腐蚀有什么不同
提示 化学腐蚀是金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应;不纯的金属或合金与电解质
溶液接触,发生原电池反应,一般比较活泼的金属失去电子被氧化,这是电化学腐蚀。
讲解分析
1.金属防护的原理
从金属的组成、结构,金属腐蚀的化学反应原理和金属腐蚀的类型来考虑金属防护的方法。
2.金属的防护方法
典例呈现
例1 用如图1所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究,测定具支锥形瓶中压强随时间
变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线分别如图2、图3(忽略温度变化)。
下列说法不正确的是 ( )
A.压强增大主要是因为产生了H2
B.整个过程中,负极电极反应式为Fe-2e- Fe2+
C.pH=4.0时,不发生析氢腐蚀,只发生吸氧腐蚀
D.pH=2.0时,正极反应式为2H++2e- H2↑和O2+4e-+4H+ 2H2O
C
图3
图2
图1
素养解读：本题为探究实验,通过化学仪器测得压强变化和溶解氧变化,探究金属腐蚀类型,
培养科学探究与创新意识、科学态度与社会责任的核心素养。
信息提取： Fe在酸性较强环境下主要发生析氢腐蚀,产生氢气;若介质的酸性很弱或呈中性,
并且有氧气参与,Fe主要发生吸氧腐蚀,吸收氧气。可根据图示中气体压强变化和氧气浓度
变化,判断金属腐蚀的类型。
解题思路： pH=2.0的溶液,酸性较强,因此锥形瓶中的Fe粉发生析氢腐蚀,产生氢气,导致锥形
瓶内压强增大,A项正确;锥形瓶中的Fe粉和C粉以及酸溶液构成了原电池,Fe粉作为原电池的
负极,B项正确;若pH=4.0时只发生吸氧腐蚀,那么锥形瓶内的压强会有下降,而图2中pH=4.0
时,锥形瓶内的压强几乎不变,说明除发生了吸氧腐蚀,还发生了析氢腐蚀,消耗氧气的同时也
产生了氢气,因此锥形瓶内压强几乎不变,C项错误;由图3可知,pH=2.0时,锥形瓶内的溶解氧
减少,说明有消耗氧气的吸氧腐蚀发生,同时锥形瓶内的气压增大,说明有产生氢气的析氢腐
蚀发生,因此正极反应式为2H++2e- H2↑和O2+4e-+4H+ 2H2O,D项正确。
例2 将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中,下
列有关说法正确的是 ( )
A.阴极的电极反应式为Fe-2e- Fe2+
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C
解题思路：A项,题图中金属的防护方法是牺牲阳极的阴极保护法,金属M失去电子被氧化,
钢铁设施被保护,错误;B项,金属M和钢铁设施构成原电池,金属M作负极,故金属M的活动性
比铁的活动性强,错误;C项,电子流向钢铁设施,钢铁设施表面积累大量电子而被保护,正确;
D项,海水中含有大量电解质,故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢,错误。
解题关键：题图中装置是利用原电池原理进行金属防护,要从氧化还原反应的本质出发,深
刻理解原电池的构成条件:(1)一般,两个活泼性不同的电极,较活泼金属失电子,作负极(阳
极);(2)电解质溶液,作用是依靠离子的定向移动形成闭合回路。
思维升华
金属的电化学腐蚀包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀,两种腐蚀往往同时发生,究竟有没有同时
发生,可通过实验进行探究,如根据压强变化,实验数据若显示压强增大(温度不变),则发生了
析氢腐蚀,若压强减小则发生了吸氧腐蚀,若基本不变则两种腐蚀可能均发生,同时还可结合
溶液中溶解氧变化进行分析。第三单元 金属的腐蚀与防护
基础过关练
题组一 金属的腐蚀
1.下列事实中,主要是吸氧腐蚀引起的是( )
A.煤气灶炉头生锈
B.装浓硝酸的铁桶内部变黑
C.纯银手链长时间佩戴后变黑
D.炒完菜的铸铁锅长时间用水浸泡导致生锈
2.铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法不正确的是( )
A.正极的电极反应为2H++2e- H2↑
B.此过程中还涉及的反应:4Fe(OH)2+2H2O+O2 4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe流向Cu
题组二 金属的防护
3.食品包装中常见的脱氧剂组成为还原铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧过程与电化学知识相关。下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长食品保质期
B.脱氧过程中炭粉作为原电池正极,电极反应为4H++O2+4e- 2H2O
C.含有0.56 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气168 mL(标准状况)
D.该过程实现了电能到化学能的转化
4.(经典题)2020年5月5日,广东省东莞虎门大桥出现桥面抖动现象,专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测,并确定了其安全性。以下说法不正确的是( )
A.桥墩钢筋容易发生析氢腐蚀
B.在海面与空气交界处的钢铁铁锈最多
C.可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,减慢其腐蚀速率
D.将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,称为外加电流的阴极保护法
5.如图是研究铁被海水腐蚀的实验装置。图2中M是某种与铁片紧贴的金属,下列说法正确的是( )
A.若M是铜片,可保护铁
B.若M是锌片,可保护铁
C.若M是铜片,发生吸氧腐蚀时,铁片上的电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-
D.M无论是铜还是锌都不能保护铁,因为没有构成原电池
6.钢铁的防护有多种方法,下列对于图中的防护方法描述正确的是( )
A.a、b以导线连接,辅助电极发生还原反应
B.a、b以导线连接或以直流电源连接,辅助电极的材料可能都含有Zn
C.a、b以直流电源连接,通电后外电路电子被强制流向辅助电极
D.a、b分别连接直流电源的负极、正极,该方法是牺牲阳极的阴极保护法
7.(经典题)金属腐蚀现象在生产、生活中普遍存在,依据下列2种腐蚀现象回答问题。
图1 图2
(1)图1中被腐蚀的金属为 ,其腐蚀类型为 (填字母)。图2中金属腐蚀类型为 (填字母)。
A.化学腐蚀 B.电化学腐蚀
C.析氢腐蚀 D.吸氧腐蚀
(2)图1中Cu的作用是 ,结合电极反应、电子移动、离子移动等,分析金属被腐蚀的原理: 。
(3)图2中铁的生锈过程为Fe→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·nH2O,将Fe转变为Fe(OH)2的反应补充完整:正极反应为 ,负极反应为 ,总反应为 。
(4)下列防止铁制品生锈的措施合理的是 。
A.在铁闸门表面涂油漆
B.在地下铁管道上安装若干镁合金
C.将铁罐与浓硫酸等强氧化剂接触,使之钝化
题组三 金属腐蚀快慢的比较
8.下列有关金属腐蚀的说法错误的是( )
图a 图b
图c 图d
A.图a中,若将海水换为蒸馏水,则生铁的腐蚀速率减小
B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减慢
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的负极
9.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中,再保存相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是( )
A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面会下降
B.实验结束时,左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
10.如图,铁腐蚀速率由快到慢的顺序为(电解质溶液均为海水) 。
能力提升练
题组一 金属的腐蚀与防护
1.“孔蚀”是一种集中于金属表面极小范围并能深入到金属内部的电化学腐蚀。某铁合金表面钝化膜破损后,发生“孔蚀”的电化学腐蚀过程如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.负极反应:Fe-3e- Fe3+
B.氧化0.2 mol Fe,需消耗3.36 L O2
C.铁合金腐蚀的最终产物为Fe(OH)3
D.为防止孔蚀发生,可以将外接电源负极与金属相连
2.硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点,在工业上可用于监测土壤环境中钢质管道的电位,进而判断钢质管道的腐蚀情况,电化学原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.钢质管道在潮湿土壤中主要发生电化学腐蚀
B.铜棒为正极,发生还原反应
C.负极的电极反应式为Fe-3e- Fe3+
D.测量前后参比电极中CuSO4溶液的浓度不变
3.(教材深研拓展)下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A.图①,放置于干燥空气中的铁钉不易生锈
B.图②,若断开电源,钢闸门将发生吸氧腐蚀
C.图②,若将钢闸门与电源的正极相连,可防止钢闸门腐蚀
D.图③,若金属M比Fe活泼,可防止输水管腐蚀
题组二 金属腐蚀与防护相关实验探究
4.某小组同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响,设计如下实验:将饱和食盐水与琼脂(凝固剂,不参与反应)的混合液置于两个培养皿中,向其中滴入少量酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均匀,分别将包裹锌片和铜片的铁钉放入两个培养皿中,观察现象如表。已知:K3[Fe(CN)6]遇到Fe2+能产生蓝色沉淀,对有关实验现象及分析不正确的是( )
ⅰ.包裹铜片的铁钉 ⅱ.包裹锌片的铁钉
A.两个培养皿中金属均发生吸氧腐蚀,且铁钉腐蚀速率ⅰ快
B.该实验证明,若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,则破损后依旧可以防护
C.培养皿ⅱ中对铁钉的防护是牺牲阳极的阴极保护法
D.随着反应的进行,培养皿ⅰ和ⅱ中均出现红褐色浑浊
5.某研究小组向锥形瓶内加入混合均匀的新制铁粉和炭粉,塞紧瓶塞,从胶头滴管中滴入醋酸溶液,同时测量锥形瓶内压强的变化,如图2所示。下列说法正确的是( )
A.0~t1 s内,压强增大的原因是铁发生了吸氧腐蚀
B.炭粉表面的电极反应式只有:2H++2e- H2↑
C.整个过程中铁粉发生了氧化反应
D.若将铁粉换为铜粉,锥形瓶内的压强变化仍为图2
6.某小组同学进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验。
装置
分别进行 的操作 ⅰ.连好装置一段时间后,向烧杯中滴加酚酞溶液 ⅱ.连好装置一段时间后,向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
现象 铁片表面产生蓝色沉淀
(1)小组同学认为以上两种检验方法,均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
①实验ⅰ中的现象是 。
②用化学用语解释实验ⅰ中的现象: 。
(2)查阅资料:K3[Fe(CN)6]具有氧化性。
①据此有同学认为仅通过ⅱ中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀,理由是 。
②进行实验,在实验几分钟后记录实验现象,具体如下。
实验装置
滴管内试剂 0.5 mol·L-1 K3[Fe(CN)6] 溶液
试管内试剂 ⅲ.蒸 馏水 ⅳ.1.0 mol· L-1 NaCl溶液 ⅴ.0.5 mol·L-1 Na2SO4 溶液
实验现象 无明显 变化 铁片表面产生 大量蓝色沉淀 无明显变化
a.以上实验表明:在 条件下,K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。
b.为探究Cl-的存在对反应的影响,小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净)后再进行实验ⅲ,发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明Cl-的作用是 。
(3)有同学认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验ⅱ结果的影响,又利用(2)中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是 (填字母)。
实验 试剂 现象
A 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2) 产生蓝色沉淀
B 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2) 产生蓝色沉淀
C 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2) 产生蓝色沉淀
D 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 产生蓝色沉淀
答案与分层梯度式解析
第三单元 金属的腐蚀与防护
基础过关练
1.D 煤气灶炉头生锈是因为铁与氧气反应生成氧化铁,属于化学腐蚀,故A不符合题意;装浓硝酸的铁桶内部变黑是因为铁在浓硝酸中发生了钝化,属于化学腐蚀,故B不符合题意;纯银手链长时间佩戴后变黑是因为银与空气中的硫化氢反应生成黑色的硫化银,属于化学腐蚀,故C不符合题意;炒完菜的铸铁锅长时间用水浸泡导致生锈,Fe为负极,C为正极,水溶液为电解质溶液,O2在正极上得电子,属于吸氧腐蚀,故D符合题意。
2.A 题图表示吸氧腐蚀,其中铁作为负极,电极反应为2Fe-4e- 2Fe2+,铜作为正极,电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,形成Fe(OH)2后,还发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,A项错误。
3.C 脱氧过程为放热反应,A项错误;炭粉作为正极,氧气在正极上得电子发生还原反应,电极反应为2H2O+O2+4e- 4OH-,B项错误; 0.56 g铁粉的物质的量为0.01 mol,Fe~Fe2O3~O2,故理论上最多能吸收氧气×0.01 mol×22.4 L/mol=0.168 L=168 mL,C项正确;原电池将化学能转化为电能,D项错误。
4.A 桥墩钢筋容易发生吸氧腐蚀,A错误;在海面与空气交界处的钢铁,易与O2接触,发生吸氧腐蚀时更容易生成铁锈,B正确;锌的活泼性大于铁,可以在桥墩钢铁上嵌附锌片,采用牺牲阳极的阴极保护法减慢其腐蚀速率,C正确;将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法,防止了铁被腐蚀,称为外加电流的阴极保护法,D正确。
5.B 若M是铜片,铜片、铁片与海水构成原电池,铁是负极,电极反应为Fe-2e- Fe2+,铁被腐蚀,故A、C错误;若M是锌片,锌片、铁片与海水构成原电池,锌是负极,锌被腐蚀,铁被保护,故B正确、D错误。
6.B a、b以导线连接,利用牺牲阳极的阴极保护法,则辅助电极活动性应该比铁强,作负极,发生氧化反应,A项错误;a、b以导线连接或以电源连接,辅助电极都是发生氧化反应,Zn比Fe活泼,B项正确;通电后,被保护的钢铁闸门作阴极,辅助电极作阳极,因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门,使钢铁闸门得到保护,C项错误;由于有外加电源,故此方法为外加电流的阴极保护法易错点,D项错误。
易错提示 若a、b以导线连接,则属于原电池原理的电化学防护:牺牲阳极的阴极保护法;若a、b以直流电源连接,则属于电解池原理的电化学防护:外加电流的阴极保护法。
7.答案 (1)铁(或Fe) BC BD
(2)作为正极材料,导电 铜作为正极,氢离子在内电路中移向正极,得到电子,生成氢气;铁作为负极,失去电子,电子通过外电路从负极移向正极,金属铁被腐蚀生成Fe2+
(3)O2+4e-+2H2O 4OH- 2Fe-4e- 2Fe2+ 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
(4)ABC
解析 (1)图1中SO2的水溶液作为电解质溶液,酸性较强,与铁、铜形成原电池,腐蚀类型为析氢腐蚀;图2中电解质溶液显碱性,所发生电化学腐蚀类型为吸氧腐蚀。(3)图2中发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,在负极铁失电子,电极反应式为2Fe-4e- 2Fe2+,总反应为2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2。(4)在铁表面涂油漆,在地下铁管道上安装若干镁合金,将铁罐与浓硫酸等强氧化剂接触使之钝化均可防止铁制品生锈。
8.C 图a中,水是弱电解质,蒸馏水的导电能力很弱,则生铁的腐蚀速率减小,A正确;图b中,开关由M改置于N时,合金作正极,锌作负极,所以合金的腐蚀速率减慢,B正确;图c中,接通开关时,Zn作负极,腐蚀速率增大,氢离子在铂上放电生成氢气,C错误;图d中,Mg的活泼性比Fe强,构成原电池时,Mg作负极,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁输水管的腐蚀,D正确。
9.B 盐酸易挥发,装置Ⅰ中铁钉发生化学腐蚀,生成H2,使左侧液面下降,A项正确;装置Ⅱ中,铁钉与铜丝连接,由于Fe比Cu活泼,Fe、Cu与挥发的盐酸形成原电池,Fe作负极,发生析氢腐蚀,放出更多的H2,使左侧液面下降得更多,即左侧液面装置Ⅱ比装置Ⅰ低,B项错误;装置Ⅲ中浓硫酸是难挥发性酸,而且浓硫酸具有吸水性,干燥的空气中铁不易被腐蚀,所以装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀,D项正确;根据以上分析可知,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重,C项正确。
10.答案 ⑤>④>①>②>③>⑥
解析 ①②可发生化学腐蚀,其中②中Fe被表面的油保护;③④都构成原电池,但③中铁为正极受到保护,④中铁为负极被氧化;⑤⑥都构成电解池,⑤中铁与电源的正极相连,作为阳极,氧化速率加快,⑥中铁与电源的负极相连,作为阴极,受到保护。铁腐蚀速率的快慢顺序为⑤>④>①>②>③>⑥。
能力提升练
1.D 负极上Fe失电子生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,A错误;未指明是否处于标准状况,不能用标准状况下气体的摩尔体积计算,B错误;铁合金腐蚀时先生成Fe2+,Fe2+和OH-反应生成Fe(OH)2, Fe(OH)2再被氧化生成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水生成Fe2O3· xH2O,所以最终产物为Fe2O3·xH2O,C错误;为防止孔蚀发生,可以将被保护的金属作电解池阴极,为外加电流的阴极保护法,D正确。
2.C 钢质管道在潮湿土壤中主要发生吸氧腐蚀,属于电化学腐蚀,A正确;铜棒作正极,在正极Cu2+得电子生成铜单质,发生还原反应,B正确;铁作负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,C错误;测量前后参比电极中CuSO4溶液均为饱和溶液,其浓度不变,D正确。
3.C 潮湿空气中铁钉能发生吸氧腐蚀;干燥空气中无水,不能发生吸氧腐蚀,铁钉不易生锈,A项正确。断开电源后,钢闸门中的Fe、C与海水形成的原电池中,Fe作负极,失电子被氧化,在海水中发生吸氧腐蚀,B项正确。应该将钢闸门与电源的负极相连,防腐蚀原理为外加电流的阴极保护法,C项错误。若金属M比铁活泼,将M与钢铁输水管相连,为牺牲阳极的阴极保护法,可防止钢铁输水管腐蚀,D项正确。
4.D 变红说明有OH-生成,则两个培养皿中都发生吸氧腐蚀破题关键,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,培养皿ⅰ中铁为原电池的负极、铜为正极,培养皿ⅱ中锌为原电池的负极、铁为正极,铁钉被保护,所以培养皿ⅰ中铁钉腐蚀速率快,A项正确;若给金属表面镀活泼性比被保护金属强的金属,则破损后被保护金属作正极,依旧可以防护,B项正确;培养皿ⅱ中锌为负极,铁为正极,铁钉被保护,该防护方法为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;培养皿ⅱ中铁受到保护,不会出现红褐色浑浊,培养皿ⅰ中铁为负极失去电子生成Fe2+,Fe2+和OH-反应生成 Fe(OH)2,Fe(OH)2和O2、H2O反应生成Fe(OH)3,因此会出现红褐色浑浊,D项错误。
5.C 0~t1 s内压强增大,是因为生成了H2,A错误;H+在正极上得到电子发生还原反应生成H2,电极反应式为2H++2e- H2↑,t1 s后压强减小,铁粉发生吸氧腐蚀,O2在正极上得到电子发生还原反应,B错误;整个过程中铁粉失电子生成Fe2+,发生氧化反应,C正确;若将铁粉换为铜粉,没有H2生成,锥形瓶内的压强变化不为题图2,D错误。
6.答案 (1)①碳棒附近溶液变红 ②O2+4e-+2H2O 4OH-
(2)①K3[Fe(CN)6]将Fe氧化为Fe2+,会干扰由于电化学腐蚀生成的 Fe2+的检验 ②a.Cl-存在 b.破坏铁片表面的氧化膜
(3)AC
解析 (1)①实验ⅰ中,碳棒为正极,正极上发生O2得电子生成OH-的反应,碳棒附近溶液变红。②正极上氧气得电子与水反应生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-。(2)①K3[Fe(CN)6]具有氧化性,能将Fe氧化为Fe2+,影响实验结果。②a.对比实验ⅳ和ⅴ,溶液中的Na+、S对铁的腐蚀无影响,Cl-使K3[Fe(CN)6]溶液易与Fe反应;b.用稀硫酸酸洗后,铁片表面的氧化膜被破坏,再进行实验ⅲ,铁片表面产生蓝色沉淀,则Cl-的作用与稀硫酸相同,也是破坏铁片表面的氧化膜。(3)已除O2,则铁片不能发生吸氧腐蚀,只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应,从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+,A符合题意;酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2),同时满足两个反应发生的条件,既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+,也可能是铁片发生了吸氧腐蚀,B不符合题意;铁片、K3[Fe(CN)6]和 NaCl混合溶液(已除O2),不能发生吸氧腐蚀,只能是Cl-破坏铁片表面的氧化膜,然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+,C符合题意;铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀,可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+,也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+, D不符合题意。
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